Χρωμοφόρες ομάδες, λειτουργίες και εφαρμογές



Το χρωμοφόρα είναι τα στοιχεία του ατόμου ενός μορίου υπεύθυνου για το χρώμα. Από αυτή την άποψη, είναι φορείς διαφορετικών ηλεκτρονίων που, όταν διεγερθούν από την ενέργεια του ορατού φωτός, αντανακλούν το εύρος των χρωμάτων.

Σε χημικό επίπεδο, το χρωμοφόρο είναι υπεύθυνο για την καθιέρωση της ηλεκτρονικής μετάβασης της ζώνης του φάσματος απορρόφησης μιας ουσίας. Στη βιοχημεία, είναι υπεύθυνη για την απορρόφηση της φωτεινής ενέργειας που εμπλέκεται στις φωτοχημικές αντιδράσεις.

Το χρώμα που γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι αντιστοιχεί στα μη απορροφηθέντα μήκη κύματος. Με τον τρόπο αυτό, το χρώμα είναι συνέπεια της μεταδιδόμενης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Σε αυτό το πλαίσιο, το χρωμοφόρο αντιπροσωπεύει το τμήμα του μορίου που είναι υπεύθυνο για την απορρόφηση των μηκών κύματος της ορατής περιοχής. Τι επηρεάζει το ανακλώμενο μήκος κύματος και συνεπώς το χρώμα του στοιχείου.

Η απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας βασίζεται στο μήκος κύματος που λαμβάνεται από τη μεταβολή της ενεργειακής στάθμης των ηλεκτρονίων και την κατάσταση λήψης: διεγερμένη ή βασική. Στην πραγματικότητα, το μόριο αποκτά ένα ορισμένο χρώμα όταν συλλαμβάνει ή μεταδίδει ορισμένα ορατά μήκη κύματος.

Ευρετήριο

  • 1 Χρωμοφορικές ομάδες
  • 2 Μηχανισμός και λειτουργία
    • 2.1 Auxchromes 
  • 3 Πώς τροποποιείται το χρώμα?
  • 4 Εφαρμογή
  • 5 Αναφορές

Χρωμοφόρα ομάδες

Τα χρωμοφόρα οργανώνονται σε λειτουργικές ομάδες υπεύθυνες για την απορρόφηση του ορατού φωτός. Το χρωμοφόρο σχηματίζεται τυπικά από διπλούς και τριπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα (-C = C-) και την ομάδα καρβονυλίου, θειοκαρβονυλίου, ομάδα αιθυλενίου (-C = C-), ιμινο (C = N), νίτρο ομάδα, νιτροζο (-Ν = Ο), αζω ομάδα (-Ν = Ν-), δίαζο ομάδα (Ν = Ν), αζόξυ ομάδα (Ν = ΝΟ), αζωμεθίνης ομάδα, ομάδα δισουλφιδίου (-S = S), και αρωματικούς δακτυλίους όπως η παρακινόνη και η ορθοκινόνη.

Οι πιο κοινές ομάδες χρωμοφόρου είναι:

  • Αιθυλενικά χρωμοφόρα: Ar- (CH = CH) n-Ar; (n≥4)
  • Χρωμοφόρα αζώ: -R-N = N-R
  • Αρωματικά χρωμοφόρα:
    • Παράγωγα του τριφαινυλομεθανίου: [Ar3CH]
    • Παράγωγα της Ανθρακινόνης
    • Φθαλοκυανίνες
    • Ετερο-αρωματικά παράγωγα

Οι χρωμοφόρες ομάδες παρουσιάζουν ηλεκτρόνια που ανιχνεύονται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, τα οποία συλλαμβάνουν ή ακτινοβολούν συνεχώς το φως. Μόλις προσκολληθούν σε δακτύλιο βενζολίου, ναφθαλίνη ή ανθρακένιο, ενισχύουν την πρόσληψη ακτινοβολίας.

Ωστόσο, αυτές οι ουσίες απαιτούν την ενσωμάτωση μορίων ομάδων αυξοχρωμίου, προκειμένου να ενισχυθεί ο χρωματισμός, να σταθεροποιηθεί και να ενταθεί ο ρόλος των χρωμοφόρων.

Μηχανισμός και λειτουργία

Στο ατομικό επίπεδο, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία απορροφάται όταν λαμβάνει χώρα ένας ηλεκτρονικός μετασχηματισμός μεταξύ δύο τροχιακών διαφορετικών επιπέδων ενέργειας.

Όταν βρίσκονται σε ηρεμία, τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε κάποιο τροχιακό, όταν απορροφούν ενέργεια, τα ηλεκτρόνια περνούν σε υψηλότερο τροχιακό και το μόριο πηγαίνει σε μια διεγερμένη κατάσταση.

Σε αυτή τη διαδικασία, παρουσιάζεται μια ενεργειακή διαφορά μεταξύ των τροχιακών, η οποία αντιπροσωπεύει τα απορροφούμενα μήκη κύματος. Στην πραγματικότητα, η ενέργεια που απορροφάται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απελευθερώνεται και το ηλεκτρόνιο πηγαίνει από διεγερμένη κατάσταση στην αρχική μορφή ηρεμίας.

Κατά συνέπεια, αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται με διάφορους τρόπους, είναι η πιο κοινή υπό μορφή θερμότητας, ή με την απελευθέρωση ενέργειας μέσω της διάχυσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Αυτό το φαινόμενο της φωταύγειας είναι συνηθισμένο σε φωσφορισμού και φθορισμού, όπου ένα μόριο φωτίζεται και αποκτά ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που κινείται σε μια διεγερμένη κατάσταση. με την επιστροφή σε μια βασική κατάσταση η ενέργεια απελευθερώνεται μέσω της εκπομπής φωτονίων, δηλαδή, που εκπέμπει φως.

Αντίστροφα 

Η λειτουργία των χρωμοφόρων συνδέεται με τα αυξοκρομό. Ένα auxochrome είναι μία ομάδα ατόμων που, σε συνδυασμό με ένα χρωμοφόρο, να τροποποιήσει το μήκος κύματος και την ένταση της απορρόφησης, επηρεάζουν πώς το εν λόγω χρωμοφόρου που απορροφά φως.

Ένα μόνο Auxchrome δεν μπορεί να παράγει χρώμα, αλλά προσαρτημένο σε ένα χρωμοφόρο έχει την ικανότητα να εντείνει το χρώμα του. Στη φύση η πιο κοινή auxochrome είναι υδροξύλιο (-ΟΗ), αλδεϋδομάδα (-CHO), αμινομάδα (-ΝΗ2), ομάδα μεθυλίου μερκαπτάνης (-SCH3) και αλογόνα (-F, -Cl, -Br, -I).

Η λειτουργική ομάδα των αυξοκρομάτων παρουσιάζει ένα ή περισσότερα ζεύγη διαθέσιμων ηλεκτρονίων τα οποία, όταν ενώνουν ένα χρωμοφόρο, τροποποιούν την απορρόφηση του μήκους κύματος.

Όταν οι λειτουργικές ομάδες είναι συζευγμένες απευθείας με το σύστημα Pi του χρωμοφόρου, η απορρόφηση αυξάνεται καθώς το μήκος κύματος που συλλαμβάνει το φως αυξάνεται.

Πώς τροποποιείται το χρώμα?

Ένα μόριο παρουσιάζει ένα χρώμα ανάλογα με τη συχνότητα του μήκους κύματος που απορροφάται ή εκπέμπεται. Όλα τα στοιχεία έχουν μια χαρακτηριστική συχνότητα που ονομάζεται φυσική συχνότητα. 

Όταν το μήκος κύματος έχει συχνότητα παρόμοια με τη φυσική συχνότητα ενός αντικειμένου, απορροφάται πιο εύκολα. Από αυτή την άποψη, αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως συντονισμός.

Αυτό είναι ένα φαινόμενο μέσω του οποίου ένα μόριο συλλαμβάνει ακτινοβολία με συχνότητα παρόμοια με τη συχνότητα της κίνησης των ηλεκτρονίων του δικού του μορίου.

Εδώ παρεμβαίνει το στοιχείο χρωμοφόρο που αιχμαλωτίζει την απόκλιση της ενέργειας μεταξύ διαφόρων μοριακών τροχιακών που βρίσκονται εντός του φάσματος φως, έτσι ώστε το μόριο δείχνεται χρωματισμένο επειδή δεσμεύει συγκεκριμένα χρώματα του ορατού φωτός.

Η παρέμβαση των αυξοχρωμάτων προκαλεί τη μετατροπή της φυσικής συχνότητας του χρωμοφόρου, έτσι το χρώμα τροποποιείται, σε πολλές περιπτώσεις το χρώμα εντείνεται.

Κάθε αυξοκρομό παράγει συγκεκριμένα αποτελέσματα στα χρωμοφόρα, τροποποιώντας τη συχνότητα απορρόφησης των μηκών κύματος διαφόρων τμημάτων του φάσματος.

Εφαρμογή

Λόγω της ικανότητάς του να μεταδίδει χρώμα στα μόρια, τα χρωμοφόρα έχουν διάφορες εφαρμογές στην παραγωγή βαφών για τη βιομηχανία τροφίμων και κλωστοϋφαντουργίας.

Πράγματι, οι χρωστικές έχουν μία ή περισσότερες χρωμοφόρες ομάδες που καθορίζουν το χρώμα. Επίσης, πρέπει να έχετε ομάδες auxocromos που επιτρέπουν τη δυνατότητα και να διορθώσετε το χρώμα στα στοιχεία που πρόκειται να χρωματίσετε.

Η βιομηχανία επεξεργασίας χρωστικών προϊόντων αναπτύσσει συγκεκριμένα προϊόντα σε βάσεις με συγκεκριμένες προδιαγραφές. Έχει δημιουργηθεί ένα άπειρο από ειδικές βιομηχανικές βαφές για οποιοδήποτε υλικό. Ανθεκτικό σε διάφορες θεραπείες, όπως συνεχή έκθεση στο ηλιακό φως και παρατεταμένο πλύσιμο ή δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες.

Έτσι, οι κατασκευαστές και οι βιομήχανοι παίζουν με το συνδυασμό χρωμοφόρων και auxchromes για να σχεδιάσουν συνδυασμούς που παρέχουν μια βαφή μεγαλύτερης έντασης και αντοχής με χαμηλό κόστος.

Αναφορές

  1. Chromophore (2017) Συλλογή IUPAC χημικής ορολογίας - το χρυσό βιβλίο. Ανακτήθηκε από: goldbook.iupac.org
  2. Σαντιάγκο Β. Λουίς Λουφούντε, Μαρία Ιζαμπέλ Μπουργουέτε Αζκαράτε, Μπελέν Αλτάβα Μπενίτο (1997) Εισαγωγή στην οργανική χημεία. Universitat Jaume I. D.L. ed. IV. Títol V. Série 547. ISBN 84-8021-160-1
  3. Sanz Tejedor Ascensión (2015) Η βιομηχανία χρωμάτων και χρωστικών ουσιών. Organic Organic Chemistry. Σχολή Βιομηχανικής Μηχανικής Βαγιαδολίδ. Ανάκτηση σε: eii.uva.es
  4. Shapley Patricia (2012) απορροφώντας το φως με οργανικά μόρια. Χημεία 104 Ευρετήριο. Πανεπιστήμιο του Ιλινόις. Recoveredin: chem.uiuc.edu
  5. Peñafiel Sandra (2011) Επίδραση μαλάκυνσης με βάσεις λιπαρών οξέων στην αλλαγή σκιάς σε υφάσματα 100% βαμβακιού βαμμένα με αντιδραστικές βαφές χαμηλής αντιδραστικότητας. Ψηφιακό αποθετήριο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βορρά. (Διπλωματική Εργασία).
  6. Reusch William (2013) Ορατή και Υπεριώδης Φασματοσκοπία. IOCD Διεθνής Οργανισμός Χημικών Επιστημών στην Ανάπτυξη. Ανακτήθηκε στη διεύθυνση: chemistry.msu.edu